本公开涉及电控技术领域，尤其涉及一种对真实生产线进行虚拟调试的方法及装置。
背景技术：
在工业控制领域中，企业的生产设备往往会使用不同品牌，不同的型号的控制系统，对人员的要求也越来越高，实际现场调试过程中，调试完成所花费的时间过长，且在调试过程中，可能造成设备的损坏，并且使设备的开发成本大大增加。在工业4.0的背景下，虚拟生产线调试软件的应用，降低了设备损坏的风险，同时在设计初期即可进行调试，节约了大量的时间。但此时，因为控制系统品牌、型号种类繁杂，控制系统所支持的通讯协议也不相同，部分控制系统体系结构封闭，往往还需要进行二次开发，导致虚拟机电设备与控制系统之间的信号交互难以实现。
针对现有技术中控制系统体系结构封闭，各品牌的硬件体系不兼容，现场调试时间长，调试过程中可能造成设备的损坏且成本大大增加；现有技术的虚拟生产线调试只能支持小部分品牌，适用性较差。
技术实现要素：
有鉴于此，本公开实施例提供一种对真实生产线进行虚拟调试的及装置，至少部分解决现有技术中存在的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种对真实生产线进行虚拟调试的方法，方法包括以下步骤：
根据真实生产线的设计要求，对真实生产线进行数字化建模，得到一条虚拟生产线模型；
根据真实生产线的n个控制系统的控制要求，设计n个控制系统的调试程序，并下发各个控制系统的虚拟控制器内；
采集n个虚拟控制器的信号数据；
将n个虚拟控制器的信号数据转换形成opc格式通用信号数据，并依次编号；
opc服务器与虚拟生产线模型连接，并将opc服务器接收的n个opc格式通用信号数据发送至虚拟生产线模型；
真实生产线的n个opc格式通用信号数据，与虚拟生产线模型内与opc格式通用信号数据对应的控制系统的信号数据配对；
通过调试程序控制虚拟生产线，以对真实生产线进行虚拟调试。
根据本公开的一种具体实现方式，其中，信号数据转换形成opc格式通用信号数据，并发送至opc服务器的步骤，包括：
配置全部需支持的通讯协议，并在opc服务器内建立opc转换协议；
根据真实生产线的n个控制系统所支持的通信协议，提取信号数据；
将信号数据转换为opc格式通用信号数据，并依次编号：
将opc格式通用信号数据发送至opc服务器内。
根据本公开的一种具体实现方式，调试程序控制所述虚拟生产线，以对真实生产线进行虚拟调试的步骤，包括：
判断调试程序是否符合控制要求；
若调试程序不符合控制要求，对调试程序进行修改和调试，直至虚拟生产线模型的运行结果与真实生产线的控制要求一致。
根据本公开的一种具体实现方式，根据真实生产线的控制系统所支持的通信协议，提取信号数据的步骤，包括：
依据真实生产线的n个控制系统所支持的通讯协议，采用对应的sdk工具包或者对应的api函数进行二次开发；
通过预设方式转换成支持opc协议读取的信号数据。
根据本公开的一种具体实现方式，根据真实生产线的设计要求，对真实生产线进行数字化建模，得到虚拟生产线模型的步骤之前，对真实生产线进行虚拟调试的方法还包括：
确定真实生产线的n个控制系统所支持的目标通讯协议；
获取真实生产线的n个控制系统的sdk开发包或api函数包；
确定真实生产线的n个控制系统的信号数据；
部署opc服务器。
根据本公开的一种具体实现方式，真实生产线的控制系统包括但不限于heidenhain、fanuc、siemens、beckhoff、ab、mitsubishi、omron中的几种。
第二方面，本发明实施例提供了一种对真实生产线进行虚拟调试的装置，包括：
建模模块，用于根据真实生产线的设计要求，对真实生产线进行数字化建模，得到一条虚拟生产线模型；
设计模块，用于根据真实生产线的控制要求，设计n个控制系统的调试程序，并分别下发至各个控制系统的虚拟控制器；
采集模块，用于采集各个虚拟控制器的信号数据；
转换模块，用于将信号数据转换为opc格式通用信号数据，并发送至opc服务器；
匹配模块，用于控制虚拟生产线模型连接opc服务器，以使得真实生产线的控制信号与虚拟生产线模型的信号数据进行配对；
调试模块，用于通过调试程序控制虚拟生产线，以对真实生产线进行虚拟调试。
根据本公开的一种具体实现方式，所述调试模块用于：
判断调试程序是否符合控制要求；
若调试程序不符合控制要求，对调试程序进行修改和调试，直至虚拟生产线模型的运行结果与真实生产线的控制要求一致。
根据本公开的一种具体实现方式，所述采集模块用于：
配置全部需支持的通讯协议；
根据真实生产线的控制系统所支持的通信协议，提取信号数据；
转换模块用于：
在opc服务器内建立opc转换协议；
将所支持的通信协议的信号数据发送至opc服务器，以使得opc服务器将所支持的通信协议的信号数据转换为opc格式通用信号数据。
根据本公开的一种具体实现方式，装置还包括配置模块，用于：
确定真实生产线的控制系统所支持的目标通讯协议；
获取真实生产线的控制系统的sdk开发包或api函数包；
确定真实生产线的控制系统的信号数据；
部署opc服务器。
本公开实施例提供的对真实生产线进行虚拟调试的方案，通过将不同品牌、不同型号的控制系统数据信号转换成特定的数据格式(即opc格式通用信号数据)，来实现虚拟产线的通讯调试，最终实现数字双胞胎技术，降低产线调试周期，降低调试风险和成本。本发明不仅应用在虚拟调试方面，还可以运用在制造执行系统对企业生产设备的数据读取，实现对生产设备的管控甚至是工厂的无人化。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种对真实生产线进行虚拟调试的方法的流程示意图；
图2至图5为本发明实施例提供的对真实生产线进行虚拟调试方法的过程示意图；
图6为本公开实施例提供的对真实生产线进行虚拟调试的装置的模块框图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
参见图1，为本发明实施例提供的一种对真实生产线进行虚拟调试的方法的流程示意图。如图1所示，方法包括以下步骤：
s101，根据真实生产线的设计要求，对所述真实生产线进行数字化建模，得到一条虚拟生产线模型。
本实施例提供的虚拟调试方法，应用于对真实生产线的虚拟调试过程。所涉及的真实生产线可以为对实际设计的控制系统，包括plc系统、数控系统、机器人系统、agv系统等，利用通讯软件将各个控制系统的信号在不同通讯协议间提取后，再通过opc协议实现对虚拟产线的控制。
真实生产线为车间的自动化生产线，具备肉眼可见的设备(比如包装机生产线、发动机生产线等等涉及不同的行业)，通常包含机械、电气、流体等部分，依据不同的工艺要求，进行多工位(设备)的搭建，形成一条具备高度自动化的生产线。
具体产线的设计要求一般具有多个种类设备，包括但不限于：机器人、非标自动化设备、数控加工中心等。真实生产线的控制系统可以分为多类：heidenhain、fanuc、siemens、beckhoff、ab、mitsubishi、omron等等，当然除此之外还可以包括：keyence(基恩士)、inovance(汇川)、schneider(施耐德)、abb、emerson(艾默生)等涵盖大部分国内企业的控制系统应用，不再穷举，均编写对应控制系统的程序。
虚拟生产线建模是指将机械设计人员设计的设备3维图纸转换成.jt格式文件，导入虚拟仿真软件processsimulation中，在软件中将各单元设备依照现场生产线的相对位置进行组合，形成与真实生产线完全相同的虚拟模型。
s102，根据真实生产线的n个控制系统的控制要求，设计n个控制系统的调试程序，并下发至各个控制系统的虚拟控制器内虚拟控制器。
如图1至图3所示，编写调试程序是依据真实生产线的执行机构动作要求进行逻辑动作编程(程序与真实生产线的程序一致)，将完成的程序下载至虚拟控制器cpu中，然后虚拟控制器与虚拟生产线模型进行连接。需要说明的是，此处的虚拟控制器可以为虚拟编程器或者虚拟plc，例如海德汉的虚拟系统，指代具备编程控制能力的虚拟系统，具体型号不做限定。
s103，采集n个虚拟控制器的信号数据；
依据不同控制系统的所支持通讯协议，通讯软件中设定不同的协议，读取控制系统中的信号数据。
根据本公开的一种具体实现方式，采集虚拟控制器的信号数据的步骤，包括：
配置各个虚拟控制器全部需支持的通讯协议；
根据真实生产线的各个控制系统所支持的通信协议，提取信号数据。
s104，将n个虚拟控制器的信号数据转换形成opc格式通用信号数据，并依次编号为1、2、3、……、n，且正在本实施例中n为≥2的整数。
具体的，将信号数据转换形成opc格式通用信号数据，并发送至opc服务器的步骤，包括：
配置全部需支持的通讯协议，并在opc服务器内建立opc转换协议；
根据真实生产线的n个控制系统所支持的通信协议，提取信号数据；
将信号数据转换为opc格式通用信号数据，并依次编号为1、2、3、……、n；
将opc格式通用信号数据发送至opc服务器内。
进一步的，根据真实生产线的控制系统所支持的通信协议，提取所述信号数据的步骤，包括：
依据真实生产线的n个控制系统所支持的通讯协议，采用对应的sdk工具包或者对应的api函数进行二次开发；
通过预设方式转换成支持opc协议读取的信号数据；
将信号数据转发给服务器来转换成支持opc的数据。
虚拟产线连接通讯服务器的所支持的协议主要为opcua、opcda在服务器中，从控制系统所提取出来的数据提取转换之后通过上述通讯协议传输到虚拟机电设备的软件中。
s105，opc服务器与虚拟生产线模型连接，并将opc服务器接收的n个opc格式通用信号数据发送至虚拟生产线模型；
s106，真实生产线的n个opc格式通用信号数据，与虚拟生产线模型内与opc格式通用信号数据对应的控制系统的信号数据配对。
将服务器中软件采集到的控制系统的信号与虚拟机电设备中配置的信号实现一一配对。
s107，通过调试程序控制虚拟生产线，以对真实生产线进行虚拟调试。
具体实施时可以包括：
判断调试程序是否符合控制要求；
若调试程序不符合控制要求，对调试程序进行修改和调试，直至虚拟生产线模型的运行结果与真实生产线的控制要求一致。
根据设计要求，虚拟产线运行结果运行结果与设计相一致，将虚拟调试的逻辑控制程序传输到产线的各个控制系统，实现产线运行。将调试好的调试程序传入实际产线，对虚拟调试进行验证。其中，运行结果与设计相一致包括：控制逻辑信息、工艺信息、扭矩信息、速度信息、加速度信息、干涉信息、节拍信息等。
另一方面，可用控制系统的系统对物理装置和虚拟产线同时进行控制，实现了数字孪生技术，具体理由如下：
指在虚拟cpu与虚拟模型连接调试而成的控制程序，程序是依据真实生产线的控制要求编写调试而成。将调试好的程序下载至物理控制器，可以实现对现场真实生产线的控制，同时可以验证虚拟环境下调试完成的程序在真实环境下的状态。
物理控制器已经能够控制真实的生产线运行，此时采用数据采集软件将物理控制器中的数据读取出来，传输到服务器，并转换成支持opc的数据，而后生产线虚拟仿真软件processsimulation连接至服务器，实现了物理控制器对虚拟生产线模型进行控制。
物理控制器既可以对真实产线进行控制，也可以对虚拟生产线模型进行控制，即为实现了生产线的数字孪生过程。
通常在整个产品全生命周期中，不仅仅局限于上述部分，通常涵盖了产品方案、设计、装配等环节，这些环节可以与虚拟调试并行开发，如图4所示。
在控制系统与机电设备虚拟调试完成后，将调试修改完成的逻辑控制程序，直接应用在实物设备中，达到缩短现场调试周期的目的。
在上述实施例的基础上，本发明实施例公开了真实生产线的不同型号控制系统与机电设备虚拟调试软件调试及通讯方法，参见图3，根据真实生产线的设计要求，对真实生产线进行数字化建模，得到虚拟生产线模型的步骤之前，对真实生产线进行虚拟调试的方法还包括：
确定真实生产线的n个控制系统所支持的目标通讯协议；
获取真实生产线的n个控制系统的sdk开发包或api函数包；
确定真实生产线的n个控制系统的信号数据；
部署opc服务器。
由此可见，在实施过程中，调试虚拟设备前，必须将控制系统系统的数据和信号进行转换成虚拟设备可识别的信号。
在上述实施例过程中，对heidenhain系统的数据转换，采用heidenhain系统的remotoolssdk开发包，提取内部数据信号，通过采用c#、.net、python等编程语言将开发包中的函数转换成虚拟机电设备软件可读信号。
通常依据具体设备的控制要求，在虚拟软件环境下定义设备的动作过程、传感器等，比如轴运动需要有安全的限位，气缸的往复运动，电机的速度。
定义数据信号：主要是虚拟设备执行过程中所需要数字量输入信号(如开关信号)，数字量输出信号(如气缸机构的执行动作)等。
此外，在上述实施例的基础上，本发明另一实施例还提供了一种具体实施方式。如图4所示，针对在大型企业设备中各个控制系统具有多样化、多型号的情况，通讯协议多样化，且且部分系统数据封闭性强，普通制造执行管控系统无法兼容所有通讯通讯协议或无法读取封闭性强系统的数据，对真实生产线进行虚拟调试的的方法，实现制造执行管控系统对现场设备数据读取。
根据本公开的一种具体实现方式，真实生产线的控制系统包括heidenhain、fanuc、siemens、beckhoff、ab、mitsubishi、omron中的几种。
进一步的，真实生产线进行虚拟调试方法的根本做法在于，企业级、车间级管控系统中，通过本发明的调试方法，部署服务器及使用二次开发完成的数据读取软件，实现对企业中的不同型号plc、数控系统、robot、agv系统实现设备监控及生产调度。
除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
本实施例通过将不同品牌、不同型号的控制系统数据信号转换成特定的数据格式，来实现虚拟产线的通讯调试，最终实现如图5所示的数字双胞胎技术，降低产线调试周期，降低调试风险和成本。
本实施例不仅应用在虚拟调试方面，还可以运用在制造执行系统对企业生产设备的数据读取，实现对生产设备的管控甚至是工厂的无人化。
与上述生产线虚拟调试方法的实施例相对应，参见图6，本公开实施例还提供了一种对真实生产线进行虚拟调试的装置，即机电液联合仿真虚拟调试装置60。
建模模块601，用于根据真实生产线的设计要求，对所述真实生产线进行数字化建模，得到一条虚拟生产线模型；
设计模块602，用于根据真实生产线的控制要求，设计n个控制系统的调试程序，并分别下发至各个控制系统的虚拟控制器；
采集模块603，用于采集各个虚拟控制器的信号数据；
转换模块604，用于将信号数据转换为opc格式通用信号数据，并发送至opc服务器；
匹配模块605，用于控制虚拟生产线模型连接opc服务器，以使得真实生产线的控制信号与虚拟生产线模型的信号数据进行配对；
调试模块606，用于通过调试程序控制虚拟生产线，以对真实生产线进行虚拟调试。
根据本公开的一种具体实现方式，调试模块用于：判断调试程序是否符合控制要求；若调试程序不符合控制要求，对调试程序进行修改和调试，直至虚拟生产线模型的运行结果与真实生产线的控制要求一致。
根据本公开的一种具体实现方式，采集模块用于：配置全部需支持的通讯协议；根据真实生产线的各个控制系统所支持的通信协议，提取信号数据；
转换模块用于：在opc服务器内建立opc转换协议；将所支持的通信协议的信号数据发送至opc服务器，以使得opc服务器将所支持的通信协议的信号数据转换为opc格式通用信号数据。
根据本公开的一种具体实现方式，装置还包括配置模块，用于：确定真实生产线的控制系统所支持的目标通讯协议；获取真实生产线的控制系统的sdk开发包或api函数包；确定真实生产线的控制系统的信号数据；部署opc服务器。
图6所示装置可以对应的执行上述方法实施例中的内容，本实施例未详细描述的部分，参照上述方法实施例中记载的内容，在此不再赘述。
本公开实施例提供通过所述调试程序控制虚拟生产线，以对真实生产线进行虚拟调试。通过将不同品牌、不同型号的控制系统数据信号转换成特定的数据格式(即opc格式通用信号数据)，来实现虚拟产线的通讯调试，最终实现数字双胞胎技术，降低产线调试周期，降低调试风险和成本。本发明不仅应用在虚拟调试方面，还可以运用在制造执行系统对企业生产设备的数据读取，实现对生产设备的管控甚至是工厂的无人化。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
1.一种对真实生产线进行虚拟调试的方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
根据真实生产线的设计要求，对所述真实生产线进行数字化建模，得到一条虚拟生产线模型；
根据所述真实生产线的n个控制系统的控制要求，设计n个所述控制系统的调试程序，并下发至各个所述控制系统的虚拟控制器内；
采集n个所述虚拟控制器的信号数据；
将n个所述虚拟控制器的所述信号数据转换形成opc格式通用信号数据，并依次编号；
所述opc服务器与所述虚拟生产线模型连接，并将所述opc服务器接收的n个所述opc格式通用信号数据发送至所述虚拟生产线模型；
所述真实生产线的n个所述opc格式通用信号数据，与所述虚拟生产线模型内与所述opc格式通用信号数据对应的控制系统的信号数据配对；
通过所述调试程序控制所述虚拟生产线，以对所述真实生产线进行虚拟调试。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号数据转换形成opc格式通用信号数据，并发送至所述opc服务器的步骤，包括：
配置全部需支持的通讯协议，并在所述opc服务器内建立opc转换协议；
根据真实生产线的n个所述控制系统所支持的通信协议，提取信号数据；
将信号数据转换为opc格式通用信号数据，并依次编号为1、2、3、n：
将opc格式通用信号数据发送至所述opc服务器内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调试程序控制所述虚拟生产线，以对所述真实生产线进行虚拟调试的步骤，包括：
判断所述调试程序是否符合控制要求；
若所述调试程序不符合控制要求，对所述调试程序进行修改和调试，直至虚拟生产线模型的运行结果与所述真实生产线的控制要求一致。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述真实生产线的控制系统所支持的通信协议，提取所述信号数据的步骤，包括：
依据所述真实生产线的n个所述控制系统所支持的通讯协议，采用对应的sdk工具包或者对应的api函数进行二次开发；
通过预设方式转换成支持opc协议读取的信号数据。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据真实生产线的设计要求，对所述真实生产线进行数字化建模，得到虚拟生产线模型的步骤之前，对真实生产线进行虚拟调试的方法还包括：
确定所述真实生产线的n个所述控制系统所支持的目标通讯协议；
获取所述真实生产线的n个所述控制系统的sdk开发包或api函数包；
确定所述真实生产线的n个所述控制系统的信号数据；
部署所述opc服务器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述真实生产线的所述控制系统包括但不限于heidenhain、fanuc、siemens、beckhoff、ab、mitsubishi、omron中的几种。
7.一种对真实生产线进行虚拟调试的装置，其特征在于，所述装置包括：
建模模块，用于根据真实生产线的设计要求，对所述真实生产线进行数字化建模，得到一条虚拟生产线模型；
设计模块，用于根据所述真实生产线的控制要求，设计n个控制系统的调试程序，并分别下发至各个控制系统的虚拟控制器；
采集模块，用于采集各个所述虚拟控制器的信号数据；
转换模块，用于将所述信号数据转换为opc格式通用信号数据，并发送至opc服务器；
匹配模块，用于控制所述虚拟生产线模型连接所述opc服务器，以使得所述真实生产线的控制信号与所述虚拟生产线模型的信号数据进行配对；
调试模块，用于通过所述调试程序控制所述虚拟生产线，以对所述真实生产线进行虚拟调试。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调试模块，用于：
判断所述调试程序是否符合控制要求；
若所述调试程序不符合控制要求，对所述调试程序进行修改和调试，直至虚拟生产线模型的运行结果与所述真实生产线的控制要求一致。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述采集模块用于：
配置全部需支持的通讯协议；
根据所述真实生产线的控制系统所支持的通信协议，提取所述信号数据；
所述转换模块用于：
在所述opc服务器内建立opc转换协议；
将所支持的通信协议的所述信号数据发送至opc服务器，以使得所述opc服务器将所支持的通信协议的所述信号数据转换为opc格式通用信号数据。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括配置模块，用于：
确定所述真实生产线的控制系统所支持的目标通讯协议；
获取所述真实生产线的控制系统的sdk开发包或api函数包；
确定所述真实生产线的控制系统的信号数据；
部署所述opc服务器。
技术总结